Cualquier movimiento en la naturaleza y la tecnología, que implique la presencia de contacto físico entre cuerpos sólidos, va acompañado de fricción. En este artículo, daremos ejemplos de la fuerza de fricción y mostraremos en qué casos juega un papel útil y en cuáles no es deseable.
¿Qué tipos de fricción entre los sólidos son
En este artículo, consideraremos solo ejemplos de fuerzas de fricción que actúan entre objetos sólidos que tienen contacto físico entre sí.
Uno de los tipos importantes de fricción es la fricción estática. Basado en el nombre mismo, se puede suponer que se manifiesta cuando un cuerpo descansa sobre la superficie de otro. Todo el mundo sabe que para mover un objeto pesado de su lugar, es necesario aplicar una fuerza externa dirigida a lo largo de la superficie de contacto de este objeto y la superficie sobre la que se encuentra. Esta fuerza es contrarrestada por la fuerza de fricción estática. Actúa entre las superficies de contacto de los cuerpos. La fricción de reposo surge debido a la presencia de rugosidad en las superficies en contacto, sin importar cuánno eran suaves.
El segundo tipo de fricción que veremos es la fricción por deslizamiento. También surge debido a la mencionada rugosidad, cuando los cuerpos comienzan a moverse unos respecto a otros por deslizamiento. La dirección y el punto de aplicación de la fuerza de fricción deslizante son exactamente los mismos que para la fricción estática. La única diferencia entre estas fuerzas es que la fuerza de deslizamiento siempre es menor que la fuerza de reposo.
El tercer tipo de fricción, que juega un papel no menor en la tecnología que los dos primeros, es la fricción rodante. Como su nombre lo dice, aparece cuando un cuerpo rueda sobre la superficie de otro. La razón de la fricción por rodadura radica en la histéresis de la deformación, que conduce a la "dispersión" de la energía cinética del cuerpo rodante. En varios casos prácticos, esta fuerza de fricción es 10-100 o más veces menor que los tipos de fricción anteriores considerados.
Todos los tipos de fuerzas de rozamiento son directamente proporcionales a la fuerza de reacción del apoyo con la que éste actúa sobre el cuerpo en cuestión.
Daño y beneficio de la fuerza de fricción estática: ejemplos
De todos los tipos de fricción nombrados, quizás, la fricción estática es la más "inofensiva". El hecho es que en la práctica casi siempre juega un papel útil. Su único punto negativo es que es mayor que el rozamiento por deslizamiento. Este último hecho hace que para cualquier inicio de movimiento sea necesario aplicar un gran esfuerzo. Por ejemplo, para empezar a esquiar en la nieve, primero tienes que "arrancarlos" literalmente de la superficie de la nieve.
Hay muchos ejemplosuso de la fuerza de fricción estática. Vamos a enumerarlos:
- Los clavos y tornillos que sujetan firmemente dos cuerpos sólidos de madera, plástico y metal cumplen su función por la acción de la fuerza en cuestión.
- Caminar a una persona, conducir automóviles en las carreteras se debe al hecho de que la fricción estática es mayor que la fricción deslizante. De lo contrario, sería difícil para nosotros movernos, las personas y los vehículos se deslizarían en un solo lugar.
- Todos los cuerpos que descansan sobre superficies inclinadas se deben a la acción del rozamiento estático. Si esto último no existiera, entonces sería imposible poner el freno de mano a un coche en una pendiente o cualquier enseres domésticos en una mesa que tiene una ligera inclinación hacia el horizonte.
Fricción por deslizamiento y sus ventajas
A diferencia de la fricción estática, que principalmente juega un papel positivo en la vida humana, la fricción por deslizamiento suele ser una fuerza dañina. Sin embargo, se pueden dar dos ejemplos de fuerza de fricción deslizante útil:
- Dado que la fricción por deslizamiento conduce al calentamiento de la superficie de los objetos (la forma más fácil y natural de convertir la energía mecánica en calor), este efecto puede utilizarse para aumentar la temperatura de los cuerpos. Entonces, en la antigüedad, nuestros antepasados hacían fuego usando fricción deslizante.
- Cuando el conductor quiere detener el vehículo, presiona el pedal del freno. En este caso, los discos de freno se deslizan dentro de la llanta y ralentizan su rotación.
Fricción de deslizamiento perjudicial
Ejemplos de la acción de la fricción por deslizamiento son el movimiento de un mueble en el suelo cuando lo queremos reorganizar en una habitación, el deslizamiento de un esquiador y un patinador, el deslizamiento de las ruedas de un coche cuando están bloqueadas o al conducir en una carretera resbaladiza, deslizamiento entre las partes de fricción de los mecanismos de varias máquinas.
En todos estos casos, la fricción por deslizamiento juega un papel perjudicial. Estos ejemplos del daño de la fricción por deslizamiento se deben al hecho de que impide el movimiento mecánico y "come" una cierta cantidad de energía cinética (esquís, patines, partes móviles de las máquinas). Además, la conversión de energía mecánica en energía térmica conduce al calentamiento de las piezas en fricción. Un aumento en su temperatura conduce a un cambio en la estructura microscópica, lo que viola las propiedades de los materiales. Finalmente, los ejemplos enumerados de la fuerza de fricción deslizante provocan el desgaste de las superficies de fricción, la aparición de ranuras no deseadas en ellas y el adelgazamiento.
Fricción de rodadura y sus perjuicios y beneficios
Si consideramos de raíz la cuestión de la utilidad de la fuerza de fricción de rodadura, resulta que no existe en absoluto. De hecho, la fricción de rodadura impide siempre la rotación mecánica, conduce al desgaste de las piezas de trabajo ya su calentamiento indeseable. No obstante, el fenómeno de rodadura es muy utilizado en ingeniería (rodamientos, ruedas de vehículos). Esto se explica por el hecho de que la fuerza de fricción de rodadura es mucho menor que la fuerza de deslizamiento similar, lo que reduce su escala en órdenes de magnitud.influencia dañina.
Aumento y disminución de las fuerzas de fricción
Como vimos anteriormente en los ejemplos, las fuerzas de fricción estáticas y deslizantes son a veces útiles ya veces dañinas. En este sentido, la humanidad ha estado utilizando durante mucho tiempo métodos para cambiar la escala de fricción, tanto en la dirección de aumentar la fuerza correspondiente como en la dirección de su disminución.
Excelentes ejemplos de cómo aumentar la fuerza de fricción son las salpicaduras de arena y sal en el hielo de las carreteras. Como resultado de estas acciones, hay un aumento en la rugosidad de la superficie del hielo y, como resultado, un aumento en las fuerzas de fricción estática y deslizante.
Otra forma de aumentar las fuerzas en cuestión es utilizar superficies especiales. Un ejemplo sorprendente es la superficie del neumático de invierno de un automóvil, que se caracteriza por una banda de rodadura profunda y la presencia de clavos metálicos.
Durante el esquí, así como durante la rotación de los cojinetes de varios mecanismos, la fricción juega un papel negativo. Para reducirlo se utilizan lubricantes especiales, generalmente a base de grasas (cera, litol).
